跟着电动车市场竞争的日益剧烈，顾客和商家对整车的质量及牢靠性要求越来越高。与此一起，作为整车四大件之一的操控器的技能也不断老练，牢靠性也越来越高，质量已进入一个相对安稳的时期。因为在操控器的出产和运用过程中不可避免地会遇到相线短路的状况，如电机的线圈短路就会直接导致操控器的相线短路。因而，有必要规划短路维护功用以进步操控器的牢靠性。在实践运用中，许多工程师面往往疏忽了短路维护时刻规划的问题，因而本文就怎么确认短路维护时刻作一些评论，以便能够为规划人员在规划产品时作一些参阅。
短路模型及剖析
短路模型如图1所示，其间仅画出了功率输出级的A、B两相(共三相)。Q1和Q3为A相MOSFET，Q2和Q4为B相MOSFET，一切功率MOSFET均为AOT430。L1为电机线圈，Rs为电流检测电阻。
当操控器作业时，如电机短路，则会构成如图1中所示的流经Q2，Q3的短路电流，其电流值很大，达几百安培，MOSFET的瞬态温升很大，这种状况下应及时维护，不然会使MOSFET结点温度过高而使MOSFET损坏。短路时Q3电压和电流波形如图2所示。图2a中的MOSFET能接受45μs的大电流短路，而图2b中的MOSFET不能接受45μs的大电流短路，当脉冲45μs关断后，Vds上升，因为温度过高，仅经过10μs的时刻MOSFET便短路，Vds敏捷下降,短路电流敏捷上升。由图2咱们能够看出短路时峰值电流达500A，这是因为短路时MOSFET直接将电源正负极短路，回路阻抗是导线，PCB走线及MOSFET的Rds(on)之和，其数值很小，一般为几十毫欧至几百毫欧。
合理核算维护时刻
在实践运用中，不同规划的操控器，其回路电感和电阻存在必定的不同以及短路时的电源电压不同，导致操控器三相输出线短路时的短路电流各不相同，所以规划者应跟据自己的实践电路和运用条件规划合理的维护时刻。
图1
图 2
短路维护时刻核算过程：
①核算MOSFET短路时答应的瞬态温升
因为操控器有或许是在正常作业时忽然短路，所以咱们的规划应是依据正常作业时的温度来核算答应的瞬态温升。MOSFET的结点温度可由下式核算：Tj = Tc + P×Rth(jc)
其间：
Tc：MOSFET外表温度
Tj：MOSFET结点温度
Rth(jc)：结点至外表的热阻，可从元器件Date sheet中查得。
一般来说，一只操控器输出功率为350W时，而且选用同步整流技能，续流侧MOSFET的耗散功率为20W左右，即P=20W。一起咱们假定MOSFET作业时的外表温度Tc为100℃(酷热的夏日MOSFET的外表温度一般都会达到此值)，则： Tj = Tc+P×Rth(jc) = 100+20×0.45 = 109℃。
理论上MOSFET的结点温度不能超过175℃，所以电机相线短路时MOSFET答应的温升为：Trising = Tjmax – Tj = 175-109 = 66℃
②依据瞬态温升和单脉冲功率核算答应的单脉冲时的热阻
由图2可知，短路时MOSFET耗散的功率约为：P = Vds×I = 25×400 = 10,000W
脉冲的功率也能够经过将图二测得波形存为EXCEL格局的数据，然后经过EXCEL进行积分，然后得到比较准确的脉冲功率数据。
关于MOSFET温升核算有如下公式： Trising = P×Zθjc×Rθjc
其间：Rθjc: 结点至外表的热阻，可从%&&&&&%Date sheet中查得。
Zθjc: 热阻系数
由上式变形可得: Zθjc = Trising÷(P×Rθjc)
代入数据得：Zθjc = 66÷(10,000×0.45)= 0.015
③依据单脉冲的热阻系数确认答应的短路时刻
由图3最下面一条曲线(单脉冲)可知，关于单脉冲来说，要想取得0.015的热阻系数，其脉冲宽度不能大于20μs。
图3
规划短路维护应留意的几个问题：
①因为不同操控器的PCB布线参数不一样，导致相线短路时回路阻抗不等，短路电流也因而不同。所以，不同规划的操控器应依据实践状况规划确当的短路维护时刻。
②因为运用中运用的电源电压有或许不同，也会导致短路电流的不同，相同也会影响到维护时刻。
③留意操控器实践作业时的或许最高温度，作业温度越高，短路维护时刻就应该越短。
④本文评论的短路维护时刻是指MOSFET能接受的最长短路时刻。在规划短路维护电路时，应考虑硬件及软件的呼应时刻，以及电流维护的峰值，这些参数都会影响到终究的维护时刻。因而，硬件电路规划和软件的编写致关重要。
⑤本文评论的短路维护时刻是单次短路维护时刻，短路后短时刻内不能再次短路。假如规划成周期性短路维护，则短路维护时刻应更短。
短路维护在瞬间大电流时能对MOSFET供给牢靠的快速维护，大大增加了操控的牢靠性，减少了操控器的损坏率。
图4：智能无刷操控器功用图。
作者：葛小荣
高档运用工程师
万代半导体元件(上海)有限公司
